CN101008696A - 用于电流隔离信号线的电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将信号线电流隔离开的电路设置，具有用于施加输入信号的输入端(IN)，用于提供输出信号的输出端(OUT)，以及具有用于将输入端(IN)与输出端(OUT)光耦合的光电耦合器(OK)的第一支路(1)，其中所述输入端(IN)和输出端(OUT)通过具有电容器(C1)的第二支路(2)而被电流隔离地连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分特征的用于电流隔离信号线的电路装置。
背景技术
在很多应用中需要将电路电流隔离开来。例如，为了在应用中在一个设备中联接多个传感器时是灵活的，应当将这些传感器的输出端分别与馈电线电流隔离。此外，设置在有爆炸危险环境中并且实施为所谓的防暴类型安全火花型的电路必须与其它电路电流隔离。通常，这样的电路通过光耦合器彼此电流隔离。其缺点是，对于快速交流信号(Wechselsignal)的传输，必须以非常大的电流来驱动光耦合器，以便输出信号不被延迟和失真。尤其是，这种和其它公知电路装置的使用由于缺乏相应要转换的电流而无法用于具有例如4-20mA接口的双线传感器。
例如，US 5,995,252公开了一种电路装置，其中借助于这种电路装置，可在相对较小的损耗功率的情况下将快速交流信号电流隔离开。从一个输入端出发，通过一个电容和一个欧姆电阻向两个光耦合器施加输入信号，其中一个光耦合器响应正输入信号分量，而另一个光耦合器响应负输入信号分量。光耦合器的输出被联接在一起，并被施加给具有与缓冲器并联的欧姆电阻的缓冲器，以提供输出信号。这种电路装置的缺点是，这只适用于交流电压信号。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电路装置，其能在小损耗功率的情况下传输直流信号(Gleichsignal)和交流信号或相应的电压信号。
该技术问题是通过具有权利要求1或2的特征的电路装置来解决的。优选实施方式是从属权利要求的内容。
优选地，一种用于将信号线电流隔离的电路装置，具有用于施加输入信号的输入端、用于输出输出信号的输出端、和具有用于将输入端与输出端光耦合的光耦合器的第一支路，其中输入端和输出端通过具有至少一个用于传输输入信号的动态分量的电流隔离部件的第二支路连接。具体地，通过具有电容器的第二支路转换隔离。
因此，该解决方案的基本思想在于，在两条分离的路径或支路中传输对应于输入信号状态HIGH或LOW的静态分量和由输入信号的边缘(Flanke)组成的动态分量，并在电路装置的次级侧将它们重新组合。
在输入端和电容器之间，优选地连接用于控制电容器的倒相器(Inverter)。光耦合器的输出端和电容器的输出侧接头优选地连接在一起。为此，光耦合器的输出端和电容器的输出侧接头尤其是连接在输出倒相器的输入端之前。电容器尤其可以具有大于1nF、特别是大于10nF的电容值。
优选地，在光耦合器之前连接有用于控制的第一欧姆电阻，并且在光耦合器之后连接有用于确定状态的第二欧姆电阻。
在电容器的输出侧接头和光耦合器的输出端之间，优选地连接缓冲电路，该缓冲电路使得可以采用具有更小容量的电容器。缓冲电路在输出侧优选地具有第二电容器。缓冲电路在输入侧优选地具有带有与其并联的欧姆电阻的缓冲器、尤其是放大器形式的缓冲器。在这样的设置中，用于电流隔离的电容器可以优选具有小于1nF的小电容值。
附图说明
下面借助附图详细解释实施例。
图1示出用于电流隔离信号线的第一示例电路装置，
图2示出相对于第一电路装置改进的第二电路装置。
具体实施方式
图1示例性示出用于电流隔离信号线的电路装置的部件，其中只示出对于理解基本原理所必需的部件。在改进的范围内，可以采用附加的部件，例如用于信号修改或信号延迟。
由输入端IN向第一节点N1施加输入信号。输入端IN通过第一节点N1和第一欧姆电阻R1与光电耦合器OK连接。光耦合器OK的输出端与第二节点N2连接。在第二节点N2和供电电压UB之间连接第二欧姆电阻R2，以便提供用于确定光耦合器OK的状态的小电流。第二节点N2可以已经形成输出端。所示出的部件描述了电流装置的用于传输输入信号的静态分量的第一支路1。
用于传输由输入信号的边缘组成的动态分量的第二支路2从第一节点N1或输入端IN通过倒相器I1和电容器C1引向第二节点N2。因此，在这样的电路装置中，电流隔离T一方面通过光耦合器OK另一方面也通过电容器C1实现。
优选地，在第二节点N2和输出端OUT之间连接输出倒相器I2。
因此，在该第一电路装置中，经由第二支路2没有缓冲地直接通过电容器C1的来自输入端IN的交流信号、与通过第一支路1的来自光耦合器OK的静态信号一起施加到输出倒相器I2上。在这样的实施方式中，电容器C1适当地具有例如100nF的较大值。但是，根据电流隔离所要求的耐压强度，这导致电容器C1具有非常大的结构。
图2示出可以采用具有更小电容值的电容器C1的电路装置。为避免重复，下面只描述与图1电路的不同之处。第一支路1可以不变地构成，而第二支路2在次级侧在电容器C1和第二节点N2之间具有缓冲电路。缓冲电路包括例如放大器形式的缓冲器P和连接在缓冲器P后面的第二电容器C2。合适地，缓冲器P与第三欧姆电阻R3并联。
传输输入信号的静态状态还是通过公知方式用通过第一电阻R1控制的光耦合器OK进行。由于只涉及待传输的状态“高”(HIGH)或“低”(LOW)，因此只需要很小的控制电流。在第一支路1的次级侧，为了确定光耦合器OK的状态，同样只需要第二电阻R2上很小的电流。利用输出倒相器I2校正极性，从而输入信号和输出信号具有相同的状态。因此，第一支路1只用于传输静态的或变化非常缓慢的交流电压。
为了为更快的交流信号校正边缘，在第二支路2中传输输入信号的动态分量。为此，采用通过前面连接的倒相器I1控制的电容器C1来进行电流隔离。由于通过第二支路2只需传输边缘，因此在图2的电路装置中例如100pF的相对较小的电容就足够了，即优选小于1nF的电容。这是很有利的，因为电容器C1必须具有这样的耐压强度，即为该耐压强度设计电路装置的电位隔离(Potenzialtrennung)。由此，实现电容器C1的小体积。这是通过在第二支路2的次级侧上由缓冲器P确定输入信号的边缘来实现的。通过与缓冲器P并联的第三电阻R3进行正反馈(Mitkopplung)，从而保证各状态的自锁。缓冲器P和第三电阻R3的并联结构的输出信号经由第二电容器C2与来自光耦合器OK的静态信号一起被施加到输出倒相器I2上。
Claims (11)
1.用于电流隔离信号线的电路装置，具有
用于施加输入信号的输入端(IN)，
用于输出输出信号的输出端(OUT)，以及
具有用于将输入端(IN)与输出端(OUT)光耦合的光耦合器(OK)的第一支路(1)，其特征在于，
所述输入端(IN)和输出端(OUT)通过具有至少一个用于传输输入信号的动态分量的电流隔离部件(C1)的第二支路(2)连接。
2.用于电流隔离信号线的电路装置，尤其是根据权利要求1的电路装置，具有
用于施加输入信号的输入端(IN)，
用于输出输出信号的输出端(OUT)，以及
具有用于将输入端(IN)与输出端(OUT)光耦合的光耦合器(OK)的第一支路(1)，其特征在于，
所述输入端(IN)和输出端(OUT)通过具有电容器(C1)的第二支路(2)而被电流隔离地连接。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其中在所述输入端(IN)和电容器(C1)之间连接用于控制所述电容器(C1)的倒相器(I1)。
4.根据权利要求2或3所述的电路装置，其中所述光耦合器(OK)的输出端和所述电容器(C1)的输出侧接头连接在一起(N2)。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其中所述光耦合器(OK)的输出端和所述电容器(C1)的输出侧接头连接在输出倒相器(I2)的输入端之前。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电路装置，其中在所述光耦合器(OK)之前连接有用于控制的第一欧姆电阻(R1)，并且在所述光耦合器之后连接有用于确定状态的第二欧姆电阻(R2)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的电路装置，其中在所述电容器(C1)的输出侧接头和所述光耦合器(OK)的输出端之间连接缓冲电路(P，R3，C2)。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其中所述缓冲电路在输出侧具有第二电容器(C2)。
9.根据权利要求7或8所述的电路装置，其中所述缓冲电路在输入侧具有缓冲器(P)、尤其是放大器形式的缓冲器，其中所述缓冲器(P)具有与其并联的欧姆电阻(R3)。
10.根据权利要求2至6中任一项所述的电路装置，其中所述电容器(C1)具有大于1nF、特别是大于10nF的电容值。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的电路装置，其中所述电容器(C1)具有小于1nF的小电容值。
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